基于CuO的气敏传感器性能研究与应用.pdfVIP

摘要

随着社会的发展，人们生活水准的提升，环境的问题成为了人们关心的重点。

其中大气问题尤为严重，比如大量工厂排放污染气体造成雾霾、酸雨、温室效应

等问题。气敏传感器是一种可以检测有害气体的元件，它最重要的组成成分之一

是气敏材料。金属氧化物半导体材料是气敏材料中的一种类型，因为它的灵敏度

高、响应恢复速度快等特点，受到研究人员的普遍注意，成为了气敏传感器研究

的主流方向。而CuO作为金属氧化物半导体材料的一种，对于乙醇、氨气、二

氧化氮、硫化氢等多种有害气体都较为敏感，也被广泛深入研究。本文使用水热

法及退火处理制备了具有各种表面形貌结构的MOF结构CuO样品、棒状MOF

结构CuO样品和掺杂钇离子的棒状MOF结构CuO样品，并且对每种样品都实

行了三甲胺气体的气敏性能测试。设计并制作了实物棒状MOF结构CuO的气敏

传感器，搭建了数据采集系统，并进行了测试实验，验证了其实用性。本文主要

工作如下：

1．以CuCl与Cu(NO)为铜源，采用水热法以及退火处理制备了几种MOF

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结构CuO样品，对其形貌结构的特征进行观察、描述，并对50ppm三甲胺气体

的气敏性能进行了测试。结果表明，制备的MOF结构CuO材料的形貌结构较差，

对于50ppm三甲胺气体的响应值在120℃时达到了最高值为2.1，响应时间为2s，

14s

恢复时间为。

Cu(NO)CTABPVP

2．以32为铜源，在原材料中添加了表面催化剂、，采用

水热法以及退火处理制备出了棒状MOF结构CuO样品。通过XRD分析其物相

组成，并且使用SEM来观测其形貌结构，最后用该样品制成CuO半导体气敏传

感器，对50ppm三甲胺气体的气敏性能进行了测试。在棒状MOF结构CuO的

基础上，掺杂了钇离子制备出了CuO样品。使用SEM来观测其形貌结构，并且

对50ppm三甲胺气体进行了气敏性能测试。实验结果表明，两种材料在110℃时

对50ppm三甲胺气体的响应值达到最高分别为3.9和4.7，但是在此温度材料的

14050ppm

恢复性能不好。在℃时，对三甲胺气体的响应值稍差，但具有较好的

9s16s

响应与恢复性能，响应时间为，恢复时间为。此外，还进行了测试选择性

I

和稳定性的实验，证明了棒状MOF结构CuO材料具有良好的选择性和很好的稳

定性。

3．通过搭建的数据采集系统对不同浓度三甲胺气体进行了气敏性能测试实

验，得到了气敏传感器的电压响应，并且进行了数据拟合。实验结果表明，气敏

传感器电压响应的趋势与棒状MOF结构CuO材料的灵敏度曲线趋势相同，说明

其实用性很好。根据实验数据拟合出三甲胺气体浓度与电压响应、响应时间与恢

复时间之间的关系曲线，反映出三甲胺气体浓度对气敏传感器气敏性能的影响。

关键词：

气敏传感器，金属氧化物半导体，CuO材料，气敏性能，水热法，棒状

II

Abstract

Withthedevelopmentofsocietyandtheimprovementofpeoplesliving

standards,environmentalproblemshavebecomethefocusofpeoplesconcern.

Amongthem,atmosphericproblemsareparticularlyserious,suchassmog,acidrain,

greenhouseeffectandotherproblemscausedbytheemissionofpollutantsfroma

largenum